CN111622105B - 剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构 - Google Patents

剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供的剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构，其中，剪力键模具的制作方法，包括：获取待制作的剪力键模具的尺寸参数，根据尺寸参数，获取剪力键模具的三维模型，根据三维模型，控制制作剪力键模具。采用本方案制作的剪力键模具误差小、精度高，并且可制作出各种形状的模具，同时耐用性高。

Description

剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构
技术领域
本申请涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构。
背景技术
钢混叠合梁桥是通过将预制好的钢梁吊装到桥墩或者承台上进行固定，并将预制好的混凝土桥面板吊装放置到钢梁上，然后浇注混凝土桥面板之间的湿接缝形成的。
现有技术中，剪力键通常是通过对剪力键模具浇注混凝土得到的，因此，剪力键模具对于剪力键形成至关重要，目前在制作剪力键模具时，由于设备以及技术方面的限制，无法制作出造型复杂的剪力键模具。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构，解决了现有技术中剪力键模具制作方式精度低且难以制作出各种形状的模具的问题。
第一方面，本申请提供一种剪力键模具的制作方法，包括：
获取待制作的剪力键模具的尺寸参数；
根据所述尺寸参数，获取所述剪力键模具的三维模型；
根据所述三维模型，控制制作所述剪力键模具。
可选地，所述根据所述尺寸参数，获取所述剪力键模具的三维模型，包括：
根据所述尺寸参数，确定所述剪力键模具的数学模型；
根据所述数学模型，建立所述剪力键模具的三维计算机辅助设计(ComputerAided Design，CAD)模型。
可选地，所述根据所述尺寸参数，确定所述剪力键模具的数学模型，包括：
确定所述剪力键模具的初始数学模型，所述初始数学模型是根据预设的两个插值函数的乘积确定的；
针对每个插值函数，根据函数连续性约束条件和所述尺寸参数，获取所述插值函数的系数；
根据确定好系数的插值函数，获取所述剪力键模具的数学模型。
可选地，所述根据所述数学模型，建立所述剪力键模具的三维计算机辅助设计CAD模型，包括：
根据所述数学模型，获取所述剪力键模具的点云数据；
根据所述点云数据，生成所述剪力键模具的三维计算机辅助设计CAD模型。
可选地，所述尺寸参数包括所述剪力键模具在空间坐标系中各个维度上的尺寸。
第二方面，本申请提供一种桥面板铺装结构，包括：
相邻两个桥面板、浇注所述相邻两个桥面板之间的湿接缝的混凝土，以及设置于每个桥面板在靠近所述湿接缝的截面上的钢筋和剪力键；
其中，所述相邻两个桥面板通过所述钢筋连接，所述剪力键的表面为平滑曲面，所述剪力键是通过剪力键模具得到的，所述剪力键模具是采用第一方面所述的剪力键模具的制作方法制作得到的。
可选地，所述桥面板在靠近所述湿接缝的截面上设置的剪力键的数目为多个。
可选地，所述剪力键在所述截面上呈横向和/或纵向分布。
本申请实施例提供的剪力键模具的制作方法及桥面板铺装结构，其中，剪力键模具的制作方法，包括：获取待制作的剪力键模具的尺寸参数，根据尺寸参数，获取剪力键模具的三维模型，根据三维模型，控制制作剪力键模具。采用本方案制作的剪力键模具误差小、精度高，并且可制作出各种形状的模具，同时耐用性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的桥面板铺装结构的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的桥面板铺装结构的侧面图；
图3为本申请实施例提供的剪力键模具的制作方法的流程示意图一；
图4为本申请实施例提供的单个剪力键模具在xz轴上的示意图；
图5为本申请实施例提供的单个剪力键模具在yz轴上的示意图；
图6为本申请实施例提供的剪力键模具的制作方法的流程示意图二；
图7为本申请实施例提供的剪力键模具的曲面的示意图；
图8为本申请实施例提供的剪力键模具的点云数据的示意图；
图9为本申请实施例提供的多个剪力键模具的示意图；
图10为本申请实施例提供的剪力键模具的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
下面首先对本技术方案涉及的专业名词进行解释说明。
钢混叠合梁桥：指的是首先进行位于桥面下部钢梁的施工，将预制好的钢梁吊装到桥墩或承台上进行固定，接着将预制好的混凝土桥面板吊装放置到钢梁上，最后浇注混凝土桥面板之间的湿接缝，从而形成了钢混叠合梁桥。
应力集中：弹性力学中的一类问题，指物体中应力局部增高的现象，一般出现在物体形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。
剪力键：当物体受到剪力过大时，剪力键就会断裂，从而保护其它零部件的一种键。
桥面板：也称为行车道板，是直接承受车辆轮压的承重结构。
湿接缝：指预应力混凝土梁体分块预制，悬臂拼装成大跨度连续梁，梁体间采用现浇混凝土把梁块连成整体的接缝。
目前，桥面板湿接缝处的抗剪性能一直是桥梁在设计和施工中的重点问题，现有施工中采用的大部分桥面板是不带有剪力键的，即桥面板在靠近湿接缝的截面是一个平面，这种平面设计的桥面板与带剪力键的桥面板相比，其抗剪性能比较差，这是因为该种桥面板的受力大部分是依靠湿接缝中钢筋与混凝土之间的粘结力，而该种桥面板及湿接缝设计在车辆的移动荷载作用下往往会因为抗剪性能不足导致桥梁出现裂缝，从而破坏整个桥梁的质量、使用寿命以及安全性能。现有施工中部分桥面板在靠近湿接缝的截面上设有凸起的剪力键，相比于前一种未设有剪力键的桥面板，其能够提高一定的抗剪性能，然而，凸起的剪力键在凸起的角点容易出现应力集中的现象，也会在一定程度上导致桥梁裂缝。此外，由于凸起的剪力键是凸起的，则从剪力键模具中拆模时，容易破坏剪力键，在一定程度上也会降低抗剪性能。
基于此，本申请实施例提供的剪力键的表面是平滑曲面，可以有效避免剪力键在受到剪力时，由于应力集中而断裂，进一步提高了湿接缝处的抗剪性能，并且由于剪力键的线条过渡平滑，在拆模时更能保证剪力键形状的完整性。
下面结合几个具体实施例对本技术方案进行详细说明。
图1为本申请实施例提供的桥面板铺装结构的结构示意图，如图1所示，该桥面板铺装结构包括：
相邻两个桥面板101、浇注相邻两个桥面板101之间的湿接缝102的混凝土，以及设置于每个桥面板在靠近湿接缝102的截面103上的钢筋104和剪力键105；
相邻两个桥面板101通过钢筋104连接，剪力键105的表面为平滑曲面，剪力键105是通过剪力键模具得到的，剪力键模具是采用图3、图5实施例所述的剪力键模具的制作方法制作得到的。
其中，钢筋104可以包括2个位于上方的钢筋和2个位于下方的钢筋，在本实施例中，相邻两个桥面板101上可以预留孔洞，这样可以使得钢筋在桥面板101上的定位更准。当然，相邻两个桥面板101通过钢筋104的连接方式包括但不限于通过孔洞连接，也就是说，钢筋104放置在该孔洞中从而将相邻桥面板101连接起来，本实施例对此不作限制。
其中，平滑曲面指的是曲面造型具有一阶连续性的曲面，也就是没有凸出棱角的面。
在实际应用中，通过钢筋104将相邻两个桥面板101固定连接，每个桥面板101在靠近湿接缝102的截面103上设有剪力键105，然后可以将混凝土浇注在相邻两个桥面板101之间的湿接缝102。
由于剪力键105的表面是平滑曲面，这样可以有效避免剪力键105在受到剪力时，由于应力集中而断裂，进一步提高了湿接缝102处的抗剪性能，并且由于剪力键的线条过渡平滑，在拆模时更能保证剪力键形状的完整性。
需要说明的是，图1示出的相邻两个桥面板只是一个示意，在实际应用中桥面板的长度大于图1所示的长度。
可选地，针对每个桥面板101，在靠近湿接缝102的截面103上设置的剪力键105的数目为多个。
当每个桥面板101在靠近湿接缝102的截面103上设置的剪力键105的数目为多个时，这样在湿接缝102处浇注混凝土时，可以增大剪力键105与混凝土之间的接触面积，从而可以增加剪力键与混凝土之间的粘结度，进而提高了湿接缝102处的抗剪性能。
示例性地，当剪力键105的数目为多个时，剪力键105在桥面板101靠近湿接缝102处的截面上呈横向和/或纵向分布。
其中，横向分布指的是剪力键105横向为一行、纵向为n列；纵向分布指的是剪力键105纵向为一列、横向为n行；横向分布和纵向分别分布指的是横向为x行、纵向为y列。x乘以y等于n，n为正整数，n的取值可以根据实际需求设定，本实施例对此不作限制。
参照图1，在每个桥面板101在靠近湿接缝102的截面103上设置的剪力键105的数目为5*20个时，剪力键105呈横向和纵向分布，横向5行、纵向20列。
下面结合图2进行说明，图2为本申请实施例提供的桥面板铺装结构的侧面图。
参照图2，带点区域表示相邻两个桥面板101，黑色加粗线表示钢筋104，曲线1、曲线2表示剪力键105，虚线表示浇注在湿接缝102的混凝土。
示例性地，桥面板101和剪力键105是通过对桥面板101模具和剪力键105模具浇注混凝土得到的，由于本实施例中的剪力键105的表面是平滑曲面，传统的模具制作方法由于设备及技术上的限制，制作精度差，无法制作出本实施例中的具有平滑曲面的剪力键105，基于此，本实施例通过3D打印的方式制作的模具误差小、精度高，同时耐用。下面结合图3对本实施例提供的剪力键模具的制作方法进行具体说明。
图3为本申请实施例提供的剪力键模具的制作方法的流程示意图一，本实施例的执行主体可以为电子设备，例如：笔记本电脑、台式电脑等。如图3所示，该剪力键模具的制作方法包括以下步骤：
S401、获取待制作的剪力键模具的尺寸参数。
尺寸参数指的是表征该剪力键模具外形大小的参数。其中，待制作的剪力键模具的尺寸参数与所需的剪力键是匹配的，也就是说，所需的剪力键整体上小于剪力键模具，这是因为剪力键具有一定的厚度，只有所需的剪力键整体上小于剪力键模具时，才可以通过浇注剪力键模具得到剪力键。
其中，待制作的剪力键模具的尺寸参数可以根据实际需求确定，本实施例对此不作限制。
可选地，尺寸参数包括剪力键模具在空间坐标系中各个维度上的尺寸。图4为本申请实施例提供的单个剪力键模具在xz轴上的示意图，图5为本申请实施例提供的单个剪力键模具在yz轴上的示意图。
如图4所示，以平面坐标系为例，该剪力键模具在x轴上的尺寸为50，在z轴上的尺寸为16；类似地，如图5所示，剪力键模具在y轴上的尺寸为50，在z轴上的尺寸为16。
S402、根据尺寸参数，获取剪力键模具的三维模型。
在本实施例中，根据待制作的剪力键模具的尺寸参数，可以通过三维建模的方式得到剪力键模具的三维模型。
其中，该三维模型可以为三维计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)模型。
可选地，步骤S402包括：
根据尺寸参数，获取剪力键模具的数学模型。
根据该数学模型，获取剪力键模具的三维CAD模型。
建立空间坐标系后，根据待制作的剪力键模具的尺寸参数可以确定该剪力键模具上的三个点的坐标，参照图4，针对x方向，根据剪力键模具的尺寸参数，确定剪力键模具的数学模型的左右最低点以及最高点的坐标，分别记作(-25，0)、(25，0)、(0，16)；类似地，针对y方向，根据剪力键模具的尺寸参数可以确定剪力键模具的数学模型的左右最低点以及最高点的坐标，分别记作(-25，0)、(25，0)、(0，16)。其中，这三个点即作为曲线插值所用。
采用插值的方式，根据确定出的三个插值点的坐标可以获取剪力键模具的数学模型。其中，插值指的是通过函数在有限个点处的取值状况，估算出函数在其他点处的近似值，这样估算出其他点的近似值后，就可以基于确定出的各个点的坐标，获取剪力键模具的数学模型。然后，采用三维建模的方式，可以根据该数学模型得到剪力键模具的三维CAD模型。
S403、根据三维模型，控制制作剪力键模具。
步骤S403包括两种方式：
第一种、执行该剪力键模具制作方法的电子设备可以与3D打印设备连接，得到剪力键模具的三维模型后，该电子设备可以控制3D打印设备打印出剪力键模具。
第二种、执行该剪力键模具制作方法的电子设备可以与CNC加工设备连接，该CNC加工设备可以根据三维模式制作出剪力键模具，其中，CNC加工，英文名称：CNC machining，指的是计算机数字化控制精密机械加工。
本实施例提供的剪力键模具的制作方法，包括：获取待制作的剪力键模具的尺寸参数，根据尺寸参数，获取剪力键模具的三维模型，根据三维模型，控制制作剪力键模具。本技术方案中，在设计剪力键模具时，充分的融合了数学工具、建模和仿真分析技术，极大的扩宽了剪力键模具的设计空间，提高了剪力键的抗剪性能；并且与传统的模具制造技术相比，采用本方案制造出来的模具设计误差以及制造误差更小，制作出的剪力键模具误差小、精度高，并且可制作出各种形状的模具，同时耐用性高。
示例性地，根据尺寸参数，获取剪力键模具的数学模型包括：确定剪力键模具的初始数学模型，初始数学模型是根据预设的两个插值函数的乘积确定的，针对每个插值函数，根据函数连续性约束条件和尺寸参数，获取插值函数的系数，根据确定好系数的插值函数，获取剪力键模具的数学模型。下面结合图6对本方案的具体实现进行解释说明。
图6为本申请实施例提供的剪力键模具的制作方法的流程示意图二，如图6所示，该剪力键模具的制作方法具体包括如下步骤：
S501、获取待制作的剪力键模具的尺寸参数。
步骤S501的实现过程和步骤S401类似，在此不再赘述。
S502、确定剪力键模具的初始数学模型。
初始数学模型是根据预设的两个插值函数的乘积确定的。这两个插值函数为x轴上的插值函数和y轴上的插值函数，也可称为，x轴上该剪力键模具的表达式以及y轴上该剪力键模具的表达式。
示例性地，由于剪力键模具在y轴方向和x轴方向相对于z轴是对称的，则可以设定两个插值函数，每个插值函数关于z轴的偶函数，则可以将x4，x2，1作为插值函数的基函数。那么x轴上的插值函数可以表示为：
f(x)＝a1x4+b1x2+c1
类似地，y轴上的插值函数可以表示为：
f(y)＝a2y4+b2y2+c2
相应地，剪力键模具的初始数学模型可以表示为：
F＝f(x)·f(y)
当然，上述表达式只是剪力键模具的初始数学模型的一种情况，在实际应用中，该初始数学模型包括但不限于以上表示。
S503、针对每个插值函数，根据函数连续性约束条件和尺寸参数，获取插值函数的系数。
S504、根据确定好系数的插值函数，获取剪力键模具的数学模型。
函数连续性约束条件指的是插值函数连续性，也就是说，插值函数可导。
其中，当所数学模型中的插值函数不可导时，最终生成的曲面可能会存在应力集中现象。为避免应力集中，并求解得到插值函数的各个系数，则令插值函数的一阶导数为0。
示例性地，以插值函数f(x)为例，令f(x)的一阶导数等于0，记作：
f'(x)＝4a1x3+2b1x
类似地，令f(y)的一阶导数等于0，记作：
f'(y)＝4a2y3+2b2y
可选地，尺寸参数包括剪力键模具在空间坐标系中各个维度上的尺寸。参照图4可知，根据尺寸参数可以得到针对x方向、y方向上分别的三个点的坐标，然后针对x方向，将x方向上的三个点坐标代入x轴的一阶导数表达式中，针对y方向，将y方向上的三个点坐标代入y轴的一阶导数表达式中，可以得到a1、b1、c1以及a2、b2、c2的取值，也就是插值函数的系数。
然后，根据确定好的插值函数的系数，确定剪力键模具的数学模型，例如，a1、b1、c1、a2、b2、c2分别为
Figure BDA0002533093950000111
4、
Figure BDA0002533093950000112
4，则插值函数可以表示为：
Figure BDA0002533093950000113
Figure BDA0002533093950000114
相应地，数学模型表示为：
Figure BDA0002533093950000115
接着，可以采用三维建模的方式，可以根据该数学模型得到剪力键模具的三维CAD模型。
可选地，根据数学模型，建立剪力键模具的三维计算机辅助设计CAD模型，具体包括步骤S505-S506。
示例性地，执行该方法的电子设备可以安装MATLAB软件，步骤S501-S504可以通过MATLAB实现。
S505、根据该数学模型，获取剪力键模具的点云数据。
S506、根据点云数据，生成剪力键模具的三维CAD模型。
其中，点云数据是通过对该数学模型构成的曲面进行采样得到的，也就是说，该点云数据会落在该数学模型构成的曲面上。
示例性地，通过MATLAB可以根据剪力键模具的数学模型生成剪力键模具的点云数据，然后可以将该点云数据导入CATIA软件中即可生成剪力键模具的三维CAD模型。
图7为本申请实施例提供的剪力键模具的曲面的示意图，图8为本申请实施例提供的剪力键模具的点云数据的示意图。
参照图7，根据剪力键模具的数学模型可以绘制得到该剪力键模具的曲面，对该曲面进行采样可以得到图8所示剪力键模具的点云数据。
进一步地，若所需的剪力键的数目为多个，且呈横向和纵向分布，则相应的剪力键模具也会呈横向和纵向分布，则可以设定需要的剪力键模具的数目以及分布，例如5*20、5*5，生成整个桥面板剪力键模具，也就是图2所示的设置于桥面板截面的5*20个横向和纵向分布的剪力键对应的模具。
示例性地，在图4、图5的基础上，图9为本申请实施例提供的多个剪力键模具的示意图，如图9所示，包括5个剪力键。
图10为本申请实施例提供的剪力键模具的结构示意图，如图10所示，该桥面板剪力键模具对应5*5个剪力键。
S507、根据三维模型，控制制作剪力键模具。
步骤S507的实现过程和步骤S403类似，在此不再赘述。
示例性地，剪力键模具的材质可以为铝合金。
本实施例提供的剪力键模具制作方法，包括：获取待制作的剪力键模具的尺寸参数，确定剪力键模具的初始数学模型，针对每个插值函数，根据函数连续性约束条件和尺寸参数，获取插值函数的系数，根据确定好系数的插值函数，获取剪力键模具的数学模型，根据该数学模型，获取剪力键模具的点云数据，根据点云数据，生成剪力键模具的三维CAD模型，根据三维CAD模型，控制制作剪力键模具。采用该方式得到的剪力键模具误差小、精度高，并且也更加耐用。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种桥面板铺装结构，其特征在于，包括：
相邻两个桥面板、浇注所述相邻两个桥面板之间的湿接缝的混凝土，以及设置于每个桥面板在靠近所述湿接缝的截面上的钢筋和剪力键；所述桥面板在靠近所述湿接缝的截面上设置的剪力键的数目为多个；
其中，所述相邻两个桥面板通过所述钢筋连接，所述剪力键的表面为平滑曲面，所述剪力键是通过剪力键模具得到的，所述剪力键模具是采用如下方式制作得到的：
获取所述剪力键模具的尺寸参数；根据所述尺寸参数，获取所述剪力键模具的三维模型；根据所述三维模型，控制制作所述剪力键模具；所述根据所述尺寸参数，获取所述剪力键模具的三维模型，包括：根据所述尺寸参数，确定所述剪力键模具的数学模型，根据所述数学模型，获取所述剪力键模具的点云数据，根据所述点云数据，生成所述剪力键模具的三维计算机辅助设计CAD模型；所述尺寸参数包括所述剪力键模具在空间坐标系中各个维度上的尺寸；
所述根据所述尺寸参数，确定所述剪力键模具的数学模型，包括：确定所述剪力键模具的初始数学模型，所述初始数学模型是根据预设的两个插值函数的乘积确定的；针对每个插值函数，根据函数连续性约束条件和所述尺寸参数，获取所述插值函数的系数；根据确定好系数的插值函数，获取所述剪力键模具的数学模型；
所述预设的两个插值函数包括x维度的插值函数f(x)＝a1x4+b1x2+c1，和y维度的插值函数f(y)＝a2y4+b2y2+c2，所述剪力键模具在所述x维度和所述y维度相对于z维度对称；
所述函数连续性约束条件包括所述预设的两个插值函数的可求导的约束条件，所述针对每个插值函数，根据函数连续性约束条件和所述尺寸参数，获取所述插值函数的系数，包括：
分别对所述预设的两个插值函数进行一阶求导，得到所述每个插值函数对应的一阶导数表达式；
根据所述尺寸参数确定所述剪力键模具在所述x维度的数据点，以及在所述y维度的数据点；
令所述x维度的插值函数对应的一阶导数表达式f'(x)＝4a1x3+2b1x等于0，并将所述x维度的数据点的坐标代入f'(x)＝4a1x3+2b1x，计算所述x维度的插值函数的系数；
令所述y维度的插值函数对应的一阶导数表达式f'(y)＝4a2y3+2b2y等于0，并将所述y维度的数据点的坐标代入f'(y)＝4a2y3+2b2y，计算所述y维度的插值函数的系数；
所述根据确定好系数的插值函数，获取所述剪力键模具的数学模型，包括：
根据确定好系数的所述x维度的插值函数和所述y维度的插值函数的乘积，获取所述数学模型。
2.根据权利要求1所述的桥面板铺装结构，其特征在于，所述剪力键在截面上呈横向和/或纵向分布。
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